第2章泥沙的一般特性

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第二章泥沙颗粒基本特性

第二章泥沙颗粒基本特性

第三章泥沙颗粒基本特性某一河段内水流中的泥沙颗粒既可能直接来自于流域、也可能是从上游河床上冲刷起动而来的。

水体挟带了大量泥沙颗粒后,可能会引起某些物理特性发生变化,如流变性质等。

3.1 风化过程从流域中输运到河流里的泥沙中,既有粗大的卵砾石和沙粒,也有细小的粘土颗粒。

粗泥沙源自岩石和矿物风化而成的碎屑,而地表土的流失是细颗粒的来源。

3.1.1 风化岩石和矿物在地表(或接近地表)环境中,受物理、化学和生物作用,发生体积破坏和化学成分变化的过程,称为风化作用。

风化作用受气候、岩石成分、结构构造、植被、地形和时间等因素影响。

在风化的初期,以物理风化为主。

物理风化作用使岩石在原地发生崩解,形成残留于原地的岩石碎屑,物理风化作用形成的岩石碎屑最小粒径可达0.02mm左右,岩石化学成分基本不变,只能形成少量的蛭石、伊利石、绿泥石等风化程度较低的粘土矿物。

在物理风化作用的基础上,进一步发生化学风化(溶解、水解、碳酸盐化等)。

卤族元素(I,F,Cl ,Br)和氯化物(KCl,NaCl)容易随水流失,而碳酸盐和硫酸盐难于溶解,以含钙矿物(方解石CaCO3,石膏CaSO4)等形式残留在风化层中,使Ca相对富集,故称这一阶段为钙质残留阶段或富钙阶段。

化学风化作用的深入进行将使硅酸盐矿物晶体破坏,铝硅酸盐矿物分解出的另一部分硅和铝在地表结合形成各种粘土矿物,其化学通式为Al2O3·m SiO2·n H2O,依地表水介质环境由弱碱性→酸性的变化,分别形成伊利石(水云母)、蒙脱石(胶岭石)与高岭石等粘土矿物。

通常蒙脱石、高岭石形成于湿润气候条件,而伊利石则是较干冷气候条件的产物。

化学风化作用的最后阶段,硅酸盐全部分解,地表粘土矿物也可分解,可以迁移的元素均已析出。

风化碎屑中主要形成大量铁、铝和SiO2胶体矿物,以水铝石(A12()3·n H2O,铝土矿,或有Fe、Mn混入)、水赤铁矿(Fe2O3·3H2O)、褐铁矿(Fe2O3)、针铁矿等为主。

浅谈河流泥沙及淤积防治措施

浅谈河流泥沙及淤积防治措施

浅谈河流泥沙及淤积防治措施随着我国水利水电建设事业的蓬勃发展,河流泥沙防治措施越来越多,河工模型设计理论和试验技术均获得了显著的成就,并具有自身特点,现已成为解决各种水利工程问题的一种普遍公认的有效工具,其在河流治理开发与保护中的作用也愈来愈大。

标签:河流泥沙;淤积现象;河工模型一、泥沙及其特性(一)什么是泥沙泥沙是河水挟带的岩土颗粒。

天然河流中常常挟带着大量的泥沙,河流中的泥沙主要是流域表面的土壤受暴雨或融雪冲刷后,汇入河流而形成的。

河槽本身的冲刷,包括河底冲刷和河岸冲刷,也是河流泥沙的一个来源。

此外,风沙的沉积会使河流的含沙量增加,不过这部分泥沙所占的比重很小。

(二)泥沙的特性有泥沙颗粒的特性和泥沙群体的特性两种。

泥沙颗粒的特性主要有:1、重度,单位体积泥沙颗粒的重量,以千克/米3表示,其数值随泥沙的岩性不同而异,矿物成分主要是石英和长石,泥沙的重度一般约2650千克/米3。

2、粒径,泥沙颗粒大小的一种量度,有不同方法表示。

常用的有等容粒径即体积与泥沙颗粒相等的球体的直径;筛径,即用具有不同孔径的标准筛,对泥沙进行分筛求出的粒径;沉降粒径,即根据粒径与沉降速度的关系算出的粒径等。

3、沉速,指泥沙颗粒在无边界静水内的沉降速度,以米/秒或毫米/秒表示。

它也可作为泥沙颗粒大小的一种量度,故又称泥沙的水力粗度。

沉速综合反映颗粒和水的特性,因河流泥沙而是泥沙运动的一个重要参数。

4、细粒泥沙表面的物理化学性质,主要决定于颗粒表面双电层和吸附水膜的性质。

细颗粒泥沙的絮凝和分散等现象都与双电层和吸附水膜的结构有关。

(三)影响河流挟沙的因素影响河流挟沙的因素很多,综合起来有两个:一是气候因素,二是下垫面因素,气候因素中影响最大的是降水。

干旱地区植被较差,土壤含水量不足,使土壤变得松散,很容易被地面径流冲到河中。

降水强度的大小对河流挟沙也有影响。

降水强度大,地面径流增加,侵蚀加剧,使泥沙增多。

下垫面因素,如土壤、植被和地形等的差异,都会影响河流泥沙含量的多少。

河流动力学复习整理

河流动力学复习整理

(0)河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。

主要研究内容: 水流结构:研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布;泥沙运动:研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变:研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测:研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法.研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测,数值计算(1)河道水流的基本特性:河道水流的二相特性;河道水流的三维性;河道水流的不恒定性;河道水流的不均匀性河道水流的水流结构:主流,副流,环流二维明渠流速的分布规律:1.直线层,也成粘滞底层,切应力只有粘滞切力,流速按直线分布2.过渡层,粘滞切力与紊动切力同时存在,流动是层流和紊流的过渡区,该层没有统一的流速分布公式,近似按直线层或对数层公式计算3.对数层,切应力主要是紊动切应力,流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间,切力主要是紊动力,流速分布常以缺速公式表示,故也称缺速区。

流速分布要受上部边界影响,与边壁糙率也有一定关系。

河道水流阻力分解图:见ppt1 76页明渠二维流的阻力损失表达方式:见ppt1 77页(3)按运动状态分,泥沙的运动形式有:(床沙),推移质、悬移质泥沙交换现象:推移质泥沙运动特点:间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点:速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能冲泄质:河流挟带的泥沙中粒径较细的部分,且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。

床沙质:河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分,且在河床中大量存在的泥沙。

两者主要区别:1.前者是非造床质泥沙,后者是造床质。

2.前者粒径较小,后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件,还与河段上游流域供沙条件有关。

推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别:前者按运动方式分;后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。

河流动力学复习整理

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主要研究内容: 水流结构:研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布;泥沙运动:研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变:研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测:研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法.研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测,数值计算(1)河道水流的基本特性:河道水流的二相特性;河道水流的三维性;河道水流的不恒定性;河道水流的不均匀性河道水流的水流结构:主流,副流,环流二维明渠流速的分布规律:1.直线层,也成粘滞底层,切应力只有粘滞切力,流速按直线分布2.过渡层,粘滞切力与紊动切力同时存在,流动是层流和紊流的过渡区,该层没有统一的流速分布公式,近似按直线层或对数层公式计算3.对数层,切应力主要是紊动切应力,流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间,切力主要是紊动力,流速分布常以缺速公式表示,故也称缺速区。

流速分布要受上部边界影响,与边壁糙率也有一定关系。

河道水流阻力分解图:见ppt1 76页明渠二维流的阻力损失表达方式:见ppt1 77页(3)按运动状态分,泥沙的运动形式有:(床沙),推移质、悬移质泥沙交换现象:推移质泥沙运动特点:间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点:速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能冲泄质:河流挟带的泥沙中粒径较细的部分,且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。

床沙质:河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分,且在河床中大量存在的泥沙。

两者主要区别:1.前者是非造床质泥沙,后者是造床质。

2.前者粒径较小,后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件,还与河段上游流域供沙条件有关。

推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别:前者按运动方式分;后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。

泥沙动水沉降速度

泥沙动水沉降速度

泥沙动水沉降速度1. 引言泥沙动水沉降速度是指在水流中泥沙颗粒由于重力作用下沉降的速度。

泥沙动水沉降速度的研究对于河流、湖泊、海洋等水体的水质管理和水资源开发具有重要意义。

本文将从泥沙的特性、沉降速度的计算方法、影响因素以及应用领域等方面进行详细介绍。

2. 泥沙的特性泥沙是指由颗粒状固体物质组成的悬浮物质,在自然界中广泛存在于河流、湖泊、海洋等水体中。

泥沙颗粒的大小可以从粉尘级别到沙砾级别不等,其主要成分包括矿物质、有机质和水分。

泥沙颗粒的形状和密度是影响其沉降速度的重要因素。

通常情况下,颗粒越大、形状越规则,其沉降速度越快。

此外,泥沙颗粒的密度也会影响其沉降速度,密度越大的颗粒沉降速度越快。

3. 沉降速度的计算方法泥沙动水沉降速度的计算方法有多种,常用的方法包括斯托克斯公式和牛顿公式。

3.1 斯托克斯公式斯托克斯公式是根据颗粒在流体中的受力平衡原理推导出来的。

公式如下:V=2g(d p−d f)9η其中,V表示沉降速度,g表示重力加速度,d p表示颗粒的密度,d f表示流体的密度,η表示流体的粘度。

3.2 牛顿公式牛顿公式是根据颗粒在流体中的运动规律推导出来的。

公式如下:V=F m其中,V表示沉降速度,F表示颗粒所受到的重力,m表示颗粒的质量。

4. 影响因素泥沙动水沉降速度受到多种因素的影响,主要包括颗粒大小、形状、密度以及流体的粘度等。

4.1 颗粒大小和形状颗粒大小和形状是影响泥沙动水沉降速度的重要因素。

通常情况下,颗粒越大、形状越规则,其沉降速度越快。

4.2 颗粒密度颗粒密度是指单位体积颗粒的质量,也是影响沉降速度的重要因素。

密度越大的颗粒沉降速度越快。

4.3 流体粘度流体的粘度是指流体内部分子间相互作用力的大小,也是影响泥沙动水沉降速度的重要因素。

粘度越大的流体,泥沙颗粒的沉降速度越慢。

5. 应用领域泥沙动水沉降速度的研究在许多领域中具有重要应用价值。

5.1 水质管理了解泥沙动水沉降速度可以帮助我们评估水体中的悬浮物质沉降速度,从而更好地进行水质管理。

泥沙的特性

泥沙的特性

泥沙(Sediment)的特性泥沙几何特性细颗粒泥沙的物理化学特性电化学性质悬浮在水中的细颗粒泥沙表面会发生各种物理化学作用,物理化学作用的强弱与颗粒比表面积的大小有关。

比表面积:颗粒表面积与其体积之比。

间接反映了颗粒受到的物理化学作用与重力的相对大小。

双电层颗粒表面离子层及其周围的反离子层(吸附层及扩散层)构成颗粒的双电层,双电层外属中性水。

絮凝和分散现象分散的颗粒互相吸引,聚合成结构疏松、类似棉花团的较大团粒或团块(中间有很大的孔隙,包围密封了大量水分),称为絮团。

细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。

泥沙的重力特性泥沙的容重与密度泥沙颗粒实有重量(或质量)与实有体积之比称为泥沙的容重(或密度)平均值平均值有效容重系数(有效密度系数)泥沙的干容重与干密度泥沙的干容重(或干密度)是指除水分后的沙样重量(或质量)与沙样体积之比。

泥沙的干容重与泥沙的容重不同,它的变化幅度较大,这是由于泥沙颗粒间空隙变化较大的缘故泥沙淤积深度愈深,其干容重愈大,变化范围愈小;反之,淤积深度愈浅,其干容重愈小,且变化幅度愈大。

泥沙的水下休止角在静水中的泥沙,由于摩擦力的作用,可以形成一定的倾斜面而不致塌落,此倾斜面的角度φ称为泥沙的水下远休止角,其正切函数即为泥沙的水下摩擦系数f。

泥沙的水力特性泥沙沉降的不同形式单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度,简称沉速(cm/s)沙粒雷诺数泥沙颗粒基本上沿铅垂线下沉,附近的水体几乎不发生紊乱现象,这时的绕流状态属于层流。

泥沙沿摆动的轨迹下沉;颗粒首部为层流,尾部为紊流,绕流属于过渡状态。

泥沙颗粒脱离铅垂线,沿螺旋形轨迹下沉,其周围的水体布满漩涡,这时的绕流状态属于紊流。

其他因素对沉速的影响泥沙的形状对沉速的影响对于几何平均粒径D相同的不同石块,形状越扁平,其阻力系数越大,沉速越小水质对沉速的影响含沙量对沉速的影响粗颗粒泥沙颗粒下沉时引起的向上水流。

河流动力学2泥沙特性

河流动力学2泥沙特性

Chap1 泥沙特性本章知识要点:泥沙粒径表达形式泥沙的组成与粒配曲线比表面积的意义双电层与结合水泥沙干容重及其影响因素泥沙沉速与层流、紊流、过渡区絮凝现象● 泥沙来源:①流域地表冲蚀而来;②从原河床上冲起的。

● 土壤侵蚀最严重的黄河中游的黄土高原永定河和西辽河流域,相当于地表每年普遍冲掉0.6毫米的厚度,加上人类活动,如盲目开垦等,含沙量很高的正是黄河中游的一些干支流,年均含沙量高达300公斤/m 2以上,而南部一些省份,年均含沙量不足1公斤/m 2。

§1-1 泥沙的几何特性一、泥沙的粒径● 泥沙的不同形状与它们在水流中的运动状态有关,较粗的沿河底推移前进,碰撞机会多,动量较大易磨损;反之不易磨损而保持棱角峥嵘的外貌。

为比较不同泥沙颗粒的形状、大小的异同,必须有某些指标对它们进行对比。

泥沙的形状的表达方式● 球度系数:(因为泥沙接近于球体,所以以球体作参照物)与沙粒等体积的球体的表面积与泥沙的实际表面积之比(与球接近的程度)。

研究表明,球度系数相等的两颗泥沙,在水中的流体动力特性大致相同。

由于球度系数难以测定(V 可用排水、称重法确定,但表面积难以测定),常用泥沙的长、中、短三个轴a, b, c ,按下式近似表示:Φ=1942年克来拜因提出)● 形状系数:ab c S P = 1、 等容粒径:泥沙颗粒的大小通常用泥沙颗粒直径来表示,泥沙颗粒形状不规则,难以确定泥沙的粒径,实际中采用等容粒径来表示。

即:与泥沙颗粒体积相等的球体直径。

(泥沙体积可用称重、排水等方法测出:W V g ρ=)——对比水力学中表面粗糙度∆的确定 136V d π⎛⎫= ⎪⎝⎭ 式中:V 为泥沙颗粒的体积。

2、算术平均粒径:用长、中、短轴(a 、b 、c )的算数平均值来表征泥沙粒径3、几何平均粒径:d =当泥沙形状为椭球体时,等容粒径与几何平均粒径相同(V=лabc/6=лd 3/6)4、中轴长度:接近而偏大于几何平均粒径(较粗天然沙测量的结果)5、筛径:仅对于单颗的卵石、砾石等可以通过称重,再除以泥沙的重率,得到体积而后求其等容粒径,或直接量测其三轴长度,再求其平均值。

河流动力学2-泥沙特性

河流动力学2-泥沙特性

Chap1 泥沙特性本章知识要点‎:泥沙粒径表达‎形式泥沙的组成与‎粒配曲线比表面积的意‎义双电层与结合‎水泥沙干容重及‎其影响因素泥沙沉速与层‎流、紊流、过渡区絮凝现象● 泥沙来源:①流域地表冲蚀‎而来;②从原河床上冲‎起的。

● 土壤侵蚀最严‎重的黄河中游‎的黄土高原永‎定河和西辽河‎流域,相当于地表每‎年普遍冲掉0‎.6毫米的厚度‎,加上人类活动‎,如盲目开垦等‎,含沙量很高的‎正是黄河中游‎的一些干支流‎,年均含沙量高‎达300公斤‎/m 2以上,而南部一些省‎份,年均含沙量不‎足1公斤/m 2。

§1-1 泥沙的几何特‎性一、泥沙的粒径● 泥沙的不同形‎状与它们在水‎流中的运动状‎态有关,较粗的沿河底‎推移前进,碰撞机会多,动量较大易磨‎损;反之不易磨损‎而保持棱角峥‎嵘的外貌。

为比较不同泥‎沙颗粒的形状‎、大小的异同,必须有某些指‎标对它们进行‎对比。

泥沙的形状的‎表达方式● 球度系数:(因为泥沙接近‎于球体,所以以球体作‎参照物)与沙粒等体积‎的球体的表面‎积与泥沙的实‎际表面积之比‎(与球接近的程‎度)。

研究表明,球度系数相等‎的两颗泥沙,在水中的流体‎动力特性大致‎相同。

由于球度系数‎难以测定(V 可用排水、称重法确定,但表面积难以‎测定),常用泥沙的长‎、中、短三个轴a, b, c ,按下式近似表‎示:Φ=1942年克‎来拜因提出)● 形状系数:ab c S P = 1、 等容粒径:泥沙颗粒的大‎小通常用泥沙‎颗粒直径来表‎示,泥沙颗粒形状‎不规则,难以确定泥沙‎的粒径,实际中采用等‎容粒径来表示‎。

即:与泥沙颗粒体‎积相等的球体‎直径。

(泥沙体积可用‎称重、排水等方法测‎出:W V g ρ=)——对比水力学中‎表面粗糙度的‎∆确定 136V d π⎛⎫= ⎪⎝⎭ 式中:V 为泥沙颗粒‎的体积。

2、算术平均粒径‎:用长、中、短轴(a 、b 、c )的算数平均值‎来表征泥沙粒‎径1()3d a b c =++3、几何平均粒径‎:d =当泥沙形状为‎椭球体时,等容粒径与几‎何平均粒径相‎同(V=лabc/6=лd 3/6)4、中轴长度:接近而偏大于‎几何平均粒径‎(较粗天然沙测‎量的结果)5、筛径:仅对于单颗的‎卵石、砾石等可以通‎过称重,再除以泥沙的‎重率,得到体积而后‎求其等容粒径‎,或直接量测其‎三轴长度,再求其平均值‎。

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§2-1 泥沙的来源
一、岩石风化 • 河流泥沙的最根本来源是岩石的风化。 • 风化——岩石和矿物在地表环境中,受各种物理、化 学和生物作用,岩石发生体积破坏和化学成份发生改 变的过程。 • 风化种类: 物理风化:岩石在原地发生的崩解 化学风化:岩石发生的蚀变(溶解、水解、碳酸盐 化) 生物风化: • 风化影响因素:气候、岩石成分、结构构造、植被、 地形、时间 • 气候是影响风化的主要因素;风化作用作为侵蚀和搬 运的前提条件

㈡、粒配曲线的意义
⒈ 表征泥沙颗粒的粗细和沙样的均匀程度。 ⒉ 可直接查出小于某粒径的泥沙在总沙样中所 占的重量百分数;也可查出总沙样中某重量 百分数泥沙的上限粒径。
D50=0.0073mm
35
21
1.1.2
§2-3 泥沙的几何特性
a、b组成较均匀,变化范围窄, 但a 较粗,b较细。
c组成不均匀,变化范围 大,各组粒经含量接近。 d组成很均匀, 变化范围小。
小于某粒径沙重百分数(%)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 1
D84.1 D15.9
粒径D(mm) 0.1
泥沙粒配曲线
33
28
1.1.2
§2-3 泥沙的几何特性
㈠粒配曲线的绘制方法和过程 ⑴取样筛分,获取各粒经组 Di 泥沙的重量; ⑵统计出小于和等于各粒经Di 的沙重,并算出其占总重 的百分比pi; ⑶准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格,纵坐标是普通 分格); ⑷以粒经Di 为横坐标(对数坐标,从大到小),小于和等于 粒经Di 的沙重百分比pi 为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配 曲线。
反映泥沙颗粒的物化作用与重力作用的相对大小,其值 越大,物化 作用就越大。
1.1
泥沙颗粒的形状及其成因
•泥沙颗粒的最初形状取决于岩石母质和风化作用, 随后在输运过程中因继续受到物理、化学及生物作用 而不断改变其形状,改变的程度或最终形成的形状取 决于搬运介质(水、空气和冰川运动)和搬运方式 (滑动、滚动、跳动、悬浮或颗粒流等) •圆度在流水搬运初期迅速增加,然后增加速度变缓, 直至完全变圆为止。
§2-1 泥沙的来源
二、 泥沙来源分类 (1)流域来沙。即流域地表的冲蚀; 土壤侵蚀 • 狭义——指地面土壤在外营力下被分离、 搬运以及沉积的整个过程 • 广义——内外营力作用下,地表物质 (包括土坡、母质、风化物和岩石)的 分离、搬运以及沉积的整个过程
§2-1 泥沙的来源
三、土壤侵蚀
• 侵蚀模数(输沙量模数) ——每平方公里地面每年冲蚀泥沙量 (单位:t/km2.a) • 含沙量 ——每单位体积河水中的泥沙重量表示 河流的含沙量。(单位:kgf/m3)
§2-3 泥沙的几何特性
泥沙的几何特征指泥沙的形状和粒径。 泥沙的形状总的来说,颗粒越大,形状越圆滑; 颗粒越小,形状越复杂。常见的砾石、卵石外 形一般呈椭球体。
长轴 a 中轴 b
短轴 c
泥沙颗粒形状
11
14
一、泥沙的粒径
泥沙颗粒的大小,通常以颗粒直径来表示, 简称粒径,其符号为D(或d),单位mm。 泥沙粒径测量和计算方法有三种:
S0
⑸Dm与 D50的关系:
D75 D25
ln D84.1 D15.9


>0,Dm>D50 。 虽然泥沙中值粒径与几何平均粒径并不完全相等,但其差别一
般 不大,所以可以用泥沙中值粒径近似代替几何平均粒径。

2 Dm D50 exp 2

均匀沙 =0,Dm =D50;非均匀沙
这样所求出的粒径实质上是与泥沙颗粒密度 相同、沉速相等的球体直径。
16
22
㈣ 泥沙按粒径大小分类
1、分类原则
• 表示出不同粒径级泥沙性质上的显著差异和性质变 化的规律性; • 各级分界粒径尺度成一定的比例。
2、φ值分级尺度
把以mm为单位的粒径取以2为底的对数并乘以 “-1”,从而使得都是整数φ值。 每一分级粒径D可表示为 D=2-φ 或 log 2 D (1-4) ( φ为整数,D的单位为mm)
17
23
• 运用该方法,可以把变化相当大的粒径 范围用变化不大的整数φ来表示,φ值越 大表示粒径越细。
… 2 … 2 粒径 … … … 8 4 2 1 0.5 0.25 0.125 … … …
n 3
2
2
2
1
2
0
2
-1
2
-2
2
-3

2
-n

Φ值
… -n … -3 -2 -1
0
1
2
3

n

18
24
3、水利工程界分类
xe
§2-3 泥沙的几何特性
四、泥沙的粒配曲线(级配曲线) (2)粒径分布的特征值
上限粒径——在总沙样中占某重量百分数的泥 沙的上限粒径。如D5,D10,D50等等。 D50——中值粒径,小于该粒径和大于该粒径的 泥沙颗粒各占50%。 Dm——平均粒径,即各粒径组平均粒径的重量 百分比的加权平均值。
1 3

1 3
(2-1)
13Leabharlann 17㈠、等容粒径⒉ 计算测量方法
② 将泥沙看成椭球体,直接测量其长轴a、中轴b、短轴c
用其算术平均值表示粒径
D a b c / 3
用几何平均值表示粒径
(2-2)
D abc
3
(2-3)
14
18
㈡、筛分粒径(筛径)
沙粒的中轴长度是比较接近等容粒径的,因此 筛析法所测的粒径可近似地看成等容粒径。
§2-2 泥沙的矿物组成
二、矿物的物理特性
• (1) 比重 ——矿物容重与水容重之比。 泥沙的比重一般都在2.60~2.70之间,通常取用 2.65 • (2) 硬度 ——硬度是表示矿物抵抗外界机械作用的能力。 综合统计,长江悬沙中硬度>5的矿物平均约达 80%,而水轮机过流部件金属材料硬度一般<5, 这是过流金属部件受磨损的基本原因。
§2-1 泥沙的来源
二、 泥沙来源分类。 (1)流域来沙。即流域地表的冲蚀; (2)河床上冲起的沙。即河床的冲刷; 在运动过程中,二者存在着置换作用。 (3)风沙(一般不考虑)
§2-2 泥沙的矿物组成
一、矿物成份 泥沙来源于岩石风化,则风化岩石的矿物 成分决定泥沙的矿物成分;不同的风化方 式对岩石矿物成分的影响程度不同,因此 风化方式也影响泥沙的矿物成分。 • (1)物理风化——原生矿物 如:石英、长石、云母等。 • (2)化学风化——次生矿物 如:次生二氧化硅,蒙脱石,高岭土等
21
0.833 0.711 0.589 0.503 0.417 0.356 0.295 0.252 0.208 0.178 0.147 0.126 0.104 0.089 0.074
26
㈢、沉降粒径(沉径)
对于粒径在0.062mm以下粉粒和粘粒,已不 可能进一步筛分,只能采用沉降法,如:比 重计法、粒径计法、吸管法等。 这些方法的基本原理是,通过测量沙 粒在静水中的沉降速度,按照粒径与沉速的 关系式换算成粒径。所得粒径实际上为具有 简样比重同样沉速的球体直径。也叫沉降粒 径,或简称沉径。。
r——颗粒最尖锐棱角的曲率半径,R——颗粒最大内切 圆的半径。 r (2-4) 沃德尔 i /R N N (wadell) ri——颗粒的平面投影图像上各角曲率半径
§2-3 泥沙的几何特性
三、球度
——反映沙粒形状的特征系数 沃德尔(wadell)定义:与颗粒体积的球体直径 (等容粒径)和颗粒外接球直径之比。用Ψ表 示
尺量法 (称重法,适用于卵石以上的较大颗粒)
等容粒径
筛析法 水析法
(适用于砾石、沙粒) 筛分粒径 (沉降法,适用于粉沙、粘土) 沉降粒径
12
16
㈠、等容粒径
⒈ 定义 等容粒径是指体积与泥沙颗粒相等的球体直径。 ⒉ 计算测量方法 ① 测定泥沙颗粒的重量(或体积)
6W 6V D s
表2-2
泥沙分类 粘粒
泥沙颗粒分级标准
粉沙 0.05~0.005 沙粒 2~0.05 砾石 20~2 卵石 200~20 漂石 >200
粒径大小(mm) <0.005
19
25
§2-3 泥沙的几何特性
二、圆度
——指颗粒棱和角的尖锐程度。
文特沃斯(wentworth)定义:颗粒最尖锐棱角的曲率 半径除以颗粒最大内切圆的半径 r (2-3) R
河流动力学概论
第2章 泥沙的一般特性
主要内容
1 泥沙的来源,风化,土壤侵蚀; 2 泥沙的一般矿物组成及矿物特性 3 泥沙的几何特性,粒径、圆度、球度、 粒径级配曲线等 4 泥沙的重力特性,容重、比重、干容重、 浑水容重、水下休止角、泥沙的沉降速度 及计算公式等。 5 泥沙的物理化学特性,比表面积、絮凝 和分散等
§2-1 泥沙的来源
三、 土壤侵蚀
•我国北方土壤侵蚀比南方严重,最严 重的是黄河中游的黄土高原、永定河和 西河流域。输沙模数M>1 000t/(km2.a)。
•陕北的皇甫川、窟野河、无定河、延 河流域,输沙模数达到1 0,000~20,000t/(km2.a),相当于地面 每年普遍冲刷6~12mm的厚度。
§2-1 泥沙的来源
三、土壤侵蚀
水土流失(soil Loss) 包括水和土的流失两个方面。它与土壤侵蚀 概念不同。从侵蚀作用 力来看,为水力侵蚀, 水土流失量是指离开某一范围的地表物质总 和,一般土壤侵蚀量大于水土流失量。 土壤侵蚀与产沙(sediment yield) 也是两个不同的概念,产沙是指侵蚀的土壤 量能够到达流域出口的泥沙量。因此,产沙 小于侵蚀量,两者之间用泥沙输移比表示。 如以长江上游宜昌,20世纪80年代平均侵蚀 量为15.7亿吨,同期宜昌站输出沙量5.49亿吨
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